CHƯƠNG 2: GHÉP KÊNH PHÂN CHIA THEO TẦN SỐ TRỰC GIAO
2.1 MÔ ĐUN ĐA SÓNG MANG
Ý tưởng cơ bản của mô đun đa sóng mang khá đơn giản và tự nhiên đến từ ước muốn cạnh tranh cho tốc độ dữ liệu cao và cách kênh không ISI. Để có được các kênh mà không có ISI, thời gian ký hiếu Ts phải lớn hơn, thường lớn hơn đáng kể so với sự mở rộng độ trễ kênh. Các hệ thống truyền thông số đơn giản không thể hoạt động nếu có ISI; và trần lỗi nhanh chóng phát triển và các tiệm cận Ts hoặc xuống dưới τ, tốc độ lỗi bit trở nên không thể dung hòa. Như đã lưu ý trước đây, cho các kênh băng thông rộng cung cấp tốc độ dữ liệu cao cần thiết cho các ứng dụng ngày nay, thời gian ký hiệu mong muốn thường nhỏ hơn rất nhiều so với sự mở rộng độ trễ, vì vậy nhiễu liên ký hiệu trở nên rất gay gắt.
Để vượt qua vấn đề này, mô đun đa sóng mang chia dòng bit được truyền ở tốc độ cao thành L dòng phụ tốc độ thấp, mỗi dòng có Ts/L >> τ và
vì vậy không có ISI. Mỗi dòng phụ có thể gửi qua L kênh phụ song song, duy trì tổng tốc độ dữ liệu mong muốn, do đó băng thông kênh phụ tương ứng nhỏ hơn rất nhiều tổng băng thông hệ thống. Số lượng các dòng phụ được chọn sao cho băng thông mỗi kênh nhỏ hơn băng thông kết dính của kênh, do đó trải nghiệm của kênh phụ liên hệ với kênh pha đinh thẳng. Theo đó, ISI trên mỗi kênh phụ là nhỏ. Hơn hết việc trong việc thực thi số của OFDM, ISI hoàn toàn được loại bỏ qua việc sử dụng một tiền tố tuần hoàn.
Ví dụ 2.1:
Một kênh không dây băng thông rộng có sự mở rộng độ trễ là 1μ giây.
Chúng ta giả sử rằng để vượt qua ISI, Ts ≥ 10τ.
1.Băng thông lớn nhất cho phép trong hệ thống là bao nhiêu?
2.Nếu mô đun đa sóng mang được sử dụng và chúng ta mong một băng thông 5MHz, số lượng các kênh phụ yêu cầu là bao nhiêu.
Cho câu hỏi 1, để Ts = 10τ để thỏa mãn điều kiện không có ISI, băng thông lớn nhất là 1/Ts = .1/τ = 100KHz thấp hơn nhiều so với băng thông dự định của các hệ thống WiMAX.
Cho câu hỏi 2, nếu mô đun đa sóng mang được sử dụng, thời gian ký hiệu T=LTs. Tiêu chuẩn sự mở rộng độ trễ quy định thời gian ký hiệu mới giới hạn trong 10% sự mở rộng độ trễ: (LTs)-1 = 100 KHz. Nhưng yêu cầu băng thông 5MHz nên (Ts)-1 = 5MHz. Do vậy L ≥ 50 cho phép băng thông 5MHz đầy đủ được sử dụng để ISI không đáng kể.
Trong mẫu đơn giản nhất, mô đun đa sóng mang chia dòng dữ liệu tới băng thông rộng thành L dòng phụ băng thông hẹp, mỗi dòng phụ có thể được truyền qua một kênh phụ tần số trực giao khác. Như trong ví dụ 4.1, số lượng các dòng phụ L được chọn để làm cho thời gian ký hiệu của mỗi dòng phụ lớn hơn rất nhiều so với sự mở rộng độ trễ của kênh. Điều này đảm bảo mỗi dòng phụ không có ISI đáng kể.
Một minh họa đơn giản của bộ phát và bộ thu đa sóng mang được thể hiện ở hình 2.1, 2.2, 2.3
Hình 2.1: Bộ phát đa sóng mang cơ bản: Dòng tốc độ cao R bps được chia thành L dòng song song, mỗi dòng có tốc độ R/L và sau đó được nhân lên bởi một tần số mang khác. (Jeffrey G. Andrews, 2007)
Hình 2.2 Một bộ thu đa sóng mang cơ bản: Mỗi bộ thu phụ được giải mã độc lập, yêu cầu các bộ thu độc lập.
Hình 2.3 Tín hiệu đa sóng mang trải nghiệm kênh pha đinh thẳng trên mỗi kênh phụ, khi B/L << Bc mặc dù toàn bộ kênh chịu pha B > Bc
Một cách cơ bản, một tín hiệu tốc độ dữ liệu cao R bps được với băng thông B được chia thành L dòng phụ song song, mỗi dòng có tốc độ R/L và băng thông qua B/L. Sau khi qua kênh H(f), tín hiệu nhận được xuất hiện như trong hình 4.3, nơi chúng ta giả thiết một cách đơn giản, hình dạng quang phổ là hoàn hảo và không có sóng phụ nào chồng chéo lên nhau. Với số lượng các sóng mang phụ lớn cho phép băng thông mang phụ nhỏ hơn so với băng thông kết dính, nghĩa là B/L << Bc, điều đó đảm bảo mỗi sóng mang phụ có kênh pha đinh thẳng. Các tín hiệu ghép kênh có thể được phát hiện như hình 2.2.
Do đó, kỹ thuật đa sóng mang hấp dẫn ở miền thời gian và miền tần số.
Trong miền thời gian, khoảng ký hiệu của mỗi sóng mang phụ T = LTs cho phép L tăng lớn hơn đảm bảo khoảng ký hiệu vượt lên sự mở rộng độ trễ T
>> τ, là yêu cầu cho truyền thông không ISI. Trong miền tần số, sóng mang phụ có băng thông B/L << Bc, cho phép kênh pha đinh thẳng, miền tần số cũng không ISI.
Mặc dù dạng đơn giản này của mô đun đa sóng mang rất dễ để hiểu, nhưng cần một số lưu ý chủ yếu tiếp theo. Đầu tiên, trong thực thi thực tế, có một số lượng lớn lỗi băng thông xuất hiện, và các sóng mang phụ không còn có quang phổ hoàn hảo như minh họa và vẫn giới hạn thời gian. Thêm nữa, phải yêu cầu các bộ lọc chất lượng cao để duy trì ghép kênh các sóng mang phụ ở bộ thu tín hiệu. Quan trọng nhất, lược đồ này yêu cầu L độc lập với yếu tố RF và các đường tách sóng. Trong phần 2.2, chúng ta sẽ xem OFDM vượt qua các rào cản này như thế nào.